Chapter 11 Refrigeration Cycles第十一章 制冷（致冷）循环

空气压缩式制冷循环

蒸汽压缩式制冷循环

压缩式热泵循环

吸收式制冷循环

动力循环与制冷（热泵 ) 循环

制冷 Refrigeration 循环 输入功量（或其他代价），从低温热源取热

动力 Power 循环 输入热 , 通过循环输出功

热泵 Heat Pump 循环 输入功量（或其他代价），向高温热用户供热

— 正循环

— 逆循环

— 逆循环

制冷循环和制冷系数Coefficient of Performance

2COPq

w

T0 环境

T2 冷库

卡诺逆循环

2 2 2C

1 2 0 2

q q T

w q q T T

q1

q2

wT

s

T2

T00

2

1

1T

T

T0 不变 , T2 εC

T2 不变 , T0 εC

Reversed Carnot cycle

热泵循环和供热系数Coefficient of Performance

1COP 'q

w

卡诺逆循环' 1 1 1

1 2 1 0C

q q T

w q q T T

w

T

s

T2

T00

1

1

1T

T

T1 不变 , T0 εC

T0 不变 , T1 εC

T1

制冷能力和冷吨

生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小

制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取 走的热量 (kJ/s) 。

1 冷吨： 1 吨 0°C 饱和水在 24 小时内被冷冻 到 0°C 的冰所需冷量。

水的凝结（熔化）热 r =334 kJ/kg

1 冷吨 =3.86 kJ/s 1 美国冷吨 =3.517 kJ/s

Cooling Capacity and Ton of Refrigeration

制冷循环种类

空气压缩制冷 压缩制冷 蒸气压缩制冷 吸收式制冷制冷循环 吸附式制冷 蒸汽喷射制冷 半导体制冷 热声制冷 , 磁制冷

√

√

√

Vapor-compression

Gas compression

Absorption

Refrigeration Cycle

Adsorption

§8 － 1 空气压缩制冷循环

冷却水

膨胀机 压缩机冷藏室

冷却器

3 2

14

p-v图和 T-s图

1 2 绝热压缩2 3 等压冷却

3 4 绝热膨胀4 1 等压吸热

p

v

3 2

14

T

s

T2

T0

1

23

4

逆勃雷登循环

s sp p

Reversed Brayton Cycle

2 2

1 2

p 1 4

p 2 3 p 1 4

2 3

1 4

COP

( )

( ) ( )

1

1

q q

w q q

c T T

c T T c T T

T TT T

制冷系数T

s

1

23

4

1 12

21

1

1 1 1

1k k

k kT

pT

p

空气压缩制冷循环特点

优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。 缺点： 1. 无法实现 T ， < C

2. q2=cp(T1-T4) ，空气 cp 很小， (T1-T4) 不能太大， q2 很小。

若 (T1-T4)

3. 活塞式流量 m 小，制冷量 Q2=m q2 小， 使用叶轮式，再回热则可用。

空气压缩制冷的根本缺陷

1. 无法实现 T ， 低，经济性差

2. q2=cp(T1-T4) 小， 制冷能力 q2 很小。

汽化潜热大，制冷能力可能大 蒸气在两相区易实现 T

§ 11-2 蒸气压缩制冷循环

水能用否？ 0°C 以下凝固不能流动。一般用低沸点工质，如氟利昂、氨

沸点： ( 1 )sT p atm水 100°C

R22 - 40.8°CR134a - 26.1°C

Vapor-compression refrigeration cycle

空气压缩制冷循环

冷却水

膨胀机 压缩机冷藏室

冷却器

3 2

14

蒸气压缩制冷空调装置

1-2 ：绝热压缩过程2-4 ：定压放热过程4-5 ：绝热节流过程5-1 ：定压吸热过程

4

5

蒸气压缩制冷循环

T

s

1

2

34

56 7

比较逆卡诺循环 3467

73 湿蒸气压缩 “ 液击”现象

12 既安全，又增加了单位质量工质的制冷量 71

逆卡诺

实际

节流阀代替了膨胀机

节流阀代替膨胀机分析T

s

1

2

34

568

2. 少从冷库取走热量

5 6 4 6h h h h

优点：

4 6h h1. 损失功量

4 8 6 8( )h h h h a b

面积 a84ba 面积 a86ba

面积 8468

缺点：

1. 省掉膨胀机，设备简化；2. 膨胀阀开度，易调节蒸发温度；

84 越陡越好

利 > 弊

1

2

41

3

蒸气压缩制冷循环的计算

T

s

1

2

34

5

蒸发器中吸热量

2 1 5 1 4q h h h h

冷凝器中放热量

1 2 4q h h

制冷系数

2 1 4 1 4 2

1 2 2 4 1 4 2 1( ) ( )

q h h h h q

q q h h h h h h w

两个等压，热与功均与焓有关 lnp-h 图

压焓图压焓图 P-h diagram

热泵 lnp-h图及计算

T

s

1

2

34

5

lnp

h

1

234

52q

1q

w

1 2 4q h h 1 2 4

2 1

'q h h

w h h

PERFORMANCE EVALUATION

COEFFICIENT OF PERFORMANCE :

过冷措施

T

s

1

2

34

5

lnp

h

1

234

5

2 1 5'q h h 2 1 4'

2 1

q h h

w h h

5’

4’

2 1w h h

不变

4’

5’

1 2 4'q h h

工程上常用

§ 11-3 热泵 Heat pump

q2 q2

q1 q1

w w

T2

T0

T0

T1

2q

w 制冷

系数制热系数

1' 1q

w

1 2q q w

w w

制冷 热泵

蒸气压缩式热泵装置

T0

房间

供暖化工

温度提升节能

制冷剂的命名

Cm Hx Fy Clz

R(m-1)(x+1)y

例： R12—CF2Cl2

氯氟烃

C

F

F

Cl Cl

R22—CHF2Cl

H

R12= 1 0 2

C H F

制冷剂的命名

R134a —C2H2F4

C

F

F

HCH

F

F

R134R134a

F

F

HC

H

F

F C

同素异构体

混合物制冷剂的命名

R400

R600

R500

非共沸混合物

共沸混合物

HC

R700 其它

氨R717

R744 CO2

R718 水

甲烷 丁烷

ASHRAE

American Society of Heating, Refrigerating Air-Conditioning

Engineers

§ 11-4 吸收式制冷循环

利用溶液性质压缩制冷循环以消耗机械功为代价吸收式制冷以消耗热量为代价

溶液 = 溶剂 + 溶质溶液 T

溶液 T

溶剂吸收溶质的能力溶剂吸收溶质的能力

溶液浓度溶液浓度

氨（溶质） + 水（溶剂）溶液 溴化锂（溶剂） + 水（溶质）溶液

absorption refrigeration

absorbent

Ammonia （ NH3

）

Refrigerant

吸收式制冷循环示意图

循环性能系数PH

LR WQ

QCOP

)(

吸收式制冷循环特点

用于大型 空调、中央空调。

优点： 直接利用热能可用低品质热

缺点：设备体积大，启动时间长

环境性能好

§ 8-5 制冷剂 refrigerant 蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质两相区，因此与工质性质密切相关。对热物性要求：1. 沸点低， tb<10ºC2. 压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中不太高；3. 汽化潜热大，大冷冻能力；4. T-S图上下界线陡峭：上界陡峭，冷冻更接近定温，下界线陡，节流损失小；

5. 凝固点低，价廉，无毒，不腐蚀，不爆，性质稳定、油溶性、材料相容性、环境性能、安全性能好。

boiling point

小结 Summary

1. 空气压缩制冷，分析、计算；

2. 蒸汽压缩制冷，分析、计算；

3. 压缩式热泵循环，与制冷原理相同，会计算

4. 吸收式制冷 ,…… ，制冷剂，一般了解